量子物理学是困难的，想要解释它则更加困难。来自广岛大学（Hiroshima University）的副教授Holger F. Hofmann和来自印度理工学院孟买校区（Indian Institute of Technology Bombay）的Kartik Patekar就试图解决量子物理学中最大的谜题之一：如何测量一个量子系统而不改变它？
图片来源：副教授Holger F. Hofmann和Emma Buchet，广岛大学
由于在盒子里的猫（左上）处于叠加态，也就是说它可以在非常多不同的态上（比如死和/或生），并且被量子标签标记。猫的相片与盒子内的状况相纠缠。我们能处理相片来决定猫的命运（左下），或者用另一种处理方法恢复量子标签而使猫保持在叠加态（右下）。
他们本月发表的新论文说明了当研究者在远离量子系统的地方读取观察到的信息时，研究者所采用的分析方法不同，可以决定量子系统处于不同的态。尽管分析完全脱离了量子系统，但是通过仔细研究量子数据，或许可以恢复初始叠加态的可能值。
“通常我们靠观察来搜寻事物。但在这种情况下，观察会改变研究对象，这就是量子力学的问题。我们能用复杂的数学去描述它，但我们怎么能确定数学描述的东西就真的是那样呢？当我们测量时便产生了取舍，测量对象其他的可能状态就因此遗失了。而如果你不与系统进行相互作用，你就无法得到任何信息，所以你在观测时就已经付出了代价。”Hofmann解释道。
当Patekar是本科生时，他在广岛大学（Hiroshima University）待的一个月期间，这两位物理学家试图想象不“付出代价”就测量系统的方法，即保持系统在叠加态，或者说系统可以处于所有的态上。为了理解他们的结果，Hofmann用著名的物理故事薛定谔的猫来描述他们的发现：
薛定谔的猫处在一个盒子中，而科学家不知道它是死是活。一个放在盒子外面的照相机对着盒子里面拍照。结果拍到的猫的相片是模糊的；我们能看到那儿有只猫，却看不出来它是死是活。照相机的闪光同时去除了标记猫的叠加态的一个“量子标签”。现在，相片和猫的命运相纠缠了，即我们选择不同的方法处理相片，就会决定在猫身上发生了什么。
我们把相片从盒子里拿出来，并在电脑或暗室中处理。取决于处理相片的方式，我们或者能够探明猫的生死，或者探明闪光对猫做了什么，即恢复量子标签。相片读取者的选择决定了我们能知道猫的什么方面。我们可以知道猫的生死，或者恢复拍照时被去除的量子标签，但不能全都实现。
这仅仅是我们理解量子力学而向前迈进的一步。如今，量子力学的充分应用仅限于量子计算机这样的专业系统，尽管量子力学的一些方面可被用于精确测量，还可以利用量子加密进行安全通信。
“这是我研究中的一个关键部分。我非常想理解为什么量子世界中会有这样一个怪异的现象。我关注在测量上，因为这正是怪异的来源！”Hofmann说道。
翻译：任雨涵
审校：戴晨
引进来源：广岛大学
引进链接：https://phys.org/news/2019-10-peek-schrodinger-cat-disturbing.html
本文来自：环球科学
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